大学计算机教学中的计算思维培养

摘 要：在计算机基础教学中，培养大学生的计算思维，使大学生学会用计算思维去思考问题和解决问题，从而提升计算机基础教学水平、培养卓越人才。

关键词：计算机；大学计算机教学；计算思维；培养

目前各高校普遍根据教指委《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》采用了“1+X”的课程体系，发达地区有的高校采用了“2+X”的课程体系。计算机基础教学已经规范化和科学化，以计算思维能力培养为核心的计算机基础课程教学改革具有良好的基础。“大学计算机基础”是所有学生必修的课程，课程包含了计算机基本知识、基本使用技能和网络、数据库与多媒体三大核心模块使用。课程内容多、学时少、学生程度不一。针对这些问题在该课程中实施以计算思维为导向的教学改革，有难度但也是趋势，更需要探索和实践。

1 大学计算机教学的现状

“大学计算机基础”课程是本科生进入大学后首先学习的计算机课程。近年来，许多高校都把该课程列为必修的公共基础课程之一。计算机基础教学作为本科教育教学的重要组成部分，课程的内涵和目标需要充分体现时代的特征和需求，不断与时俱进，改革创新。课程的目标不仅仅要传授、训练和拓展大学生在计算机方面的基础知识和应用能力，更要展现计算机学科的思维方式，培养当代大学生用计算机解决和处理问题的思维和能力，提升大学生的综合素质，强化创新实践能力。

计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等，它涵盖了计算机科学之广度的一系列思维活动。大学计算机基础教学是培养大学生计算思维能力的重要课程载体。教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会提出了大学计算机基础教学要培养对计算机的认知能力、利用计算机解决问题能力、基于网络的协同能力和信息社会终身学习能力。这四个方面能力的培养，恰恰说明了计算思维能力培养的核心要素。

2 计算思维的培养

2006年3月，美国卡内基·梅隆大学计算机科学系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美国计算机权威期刊《Communications of the ACM》杂志上给出，并定义的计算思维（Computational Thinking）。周教授认为：计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。

以上是关于计算思维的一个总定义，周教授为了让人们更易于理解，又将它更进一步地定义为：通过约简、嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法；是一种递归思维，是一种并行处理，是一种把代码译成数据又能把数据译成代码，是一种多维分析推广的类型检查方法；是一種采用抽象和分解来控制庞杂的任务或进行巨大复杂系统设计的方法，是基于关注分离的方法（SoC方法）；是一种选择合适的方式去陈述一个问题，或对一个问题的相关方面建模使其易于处理的思维方法；是按照预防、保护及通过冗余、容错、纠错的方式，并从最坏情况进行系统恢复的一种思维方法；是利用启发式推理寻求解答，也即在不确定情况下的规划、学习和调度的思维方法；是利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行折衷的思维方法。

明确、恰当地将计算思维融入“大学计算机基础”课程教学过程中，以提高学生运用计算机知识抽象问题、进行问题求解和形式化描述的能力，对新形式下计算机基础教学改革是一个挑战和必须面对的课题。教育部高等学校计算机基础课程教学指导委员会主任委员陈国良院士对大学计算机基础课程实施计算思维给出了教学方法原则建议：以计算学科基本问题为导向，以经典案例为基础，通过实验了解和应用编程的基本原理，通过习题课强化学科基础概念的理解，着力提高学生的计算思维能力。

周以真教授认为计算思维吸取了问题解决所采用的一般数学思维方法，现实世界中巨大复杂系统的设计与评估的一般工程思维方法，以及复杂性、智能、心理、人类行为的理解等的一般科学思维方法。计算思维建立在计算过程的能力和限制之上。计算方法和模型使我们敢于去处理那些原本无法由个人独立完成的问题求解和系统设计。计算思维中的抽象完全超越物理的时空观，并完全用符号来表示，其中，数字抽象只是一类特例。与数学和物理科学相比，计算思维中的抽象显得更为丰富，也更为复杂。数学抽象的最大特点是抛开现实事物的物理、化学和生物学等特性，而仅保留其量的关系和空间的形式，而计算思维中的抽象却不仅仅如此。计算思维利用启发式推理来寻求解答，就是在不确定情况下的规划、学习和调度。它就是搜索、搜索、再搜索，结果是一系列的网页，一个赢得游戏的策略，或者一个反例。计算思维利用海量数据来加快计算，在时间和空间之间，在处理能力和存储容量之间进行权衡。

以计算思维为核心的课程改革正在不断地探讨和深入，实施中还会遇到一些问题需要解决和面对。计算思维既然与人们的工作和生活如此密切相关，理所当然地应当成为人类不可或缺的一种生存能力。它应当有效地融入我们每一堂课之中。计算机基础教学中计算思维能力的培养，是一个较为长期的过程，需要我们不断探索与实践。

参考文献

[1]于晓强.计算机程序设计课程中计算机思维能力的培养.计算机教育.2011.7

[2]刘贵松.计算机学科本科生计算思维能力培养模式的探索与实践.中国大学教学.2013.10

[3]李晓明.积极研究和推进计算思维能力的培养.计算机教育.2012.3

[4]徐燕.计算思维与计算思维能力培养——谈大学计算机基础教学改革.江苏技术师范学院学报.2013.4

作者简介

石建国（1981-），男，河北永清人，河北软件职业技术学院教师，讲师，主要从事计算机技术等方向的研究。